JP2009251240A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータとしての駆動力を確保しつつ、薄型化及び小径化が実現可能な光学装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る光学装置は、光軸Ｌに対して垂直方向に変位可能な入射光調節手段１００と、光軸Ｌに対して垂直方向に伸びる回転軸を有する駆動手段２００と、駆動手段２００からの駆動力を入射光調節手段１００に伝達する伝達手段１０３、２０７と、を有し、駆動手段２００が、入射光調節手段１００に積層されている。また、駆動手段２００は、回転軸を回転中心として回動可能に設けられた磁石２０６と、磁石２０６を内包するように形成されたコイル２０３と、を有し、伝達手段１０３、２０７は、磁石２０６の回動に応じて回転する歯車２０７と、歯車２０７の駆動力を受ける歯車受け部１０３と、を有し、歯車２０７は、歯車受け部１０３と噛み合って入射光調節手段１００の駆動を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光の調節が可能な光学装置に関するものである。

近年、撮像機能を有した携帯機器やマイクロビデオスコープ等の小型撮像機器の高画質化に伴い、レンズや絞り、光学フィルター等の光学要素も、従来の固定焦点レンズ、固定開口絞り、固定特性フィルターから、フォーカスレンズ、可変絞り、可変特性フィルターを適用する要求が高まっており、小型撮像機器に適用する光学要素を小型化する方法として多くの提案がなされている。この様な可変絞りの例として、特許文献１は、羽根の駆動手段として、コイルボビンを嵌装している略Ｕ字形のヨークを固定子とした電流制御式モータを用いている羽根駆動装置を開示している。この羽根駆動装置においては、そのモータを地板のカバー板側に配置するようにすることで、従来の羽根駆動装置よりも薄型にすることを可能としている。

特開２００６−３３９１４号公報

しかしながら、光学要素の小型化という観点からすると、光軸方向の小型化（薄型化）もさることながら、光軸と直交する面内の小型化（小径化）も重要となる。また、特許文献１記載の羽根駆動装置の様に略Ｕ字形のヨークにコイルボビンを嵌装した形態をとると、アクチュエータとして十分な駆動力を得る為にはコイル（コイルボビン）の占める体積が大きくなり、配置する場所を問わず光学要素の更なる小型化は困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アクチュエータとしての駆動力を確保しつつ、薄型化及び小径化が実現可能な光学装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光学装置は、光軸に対して垂直方向に変位可能な入射光調節手段と、光軸に対して垂直方向に伸びる回転軸を有する駆動手段と、駆動手段からの駆動力を入射光調節手段に伝達する伝達手段と、を有し、駆動手段が、入射光調節手段に積層されていることを特徴としている。

本発明に係る光学装置において、駆動手段は、回転軸を回転中心として回動可能に設けられた磁石と、磁石を内包するように形成されたコイルと、を有し、伝達手段は、磁石の回動に応じて回転する歯車と、歯車の駆動力を受ける歯車受け部と、を有し、歯車は、歯車受け部と噛み合って入射光調節手段の駆動を行うことが好ましい。

本発明に係る光学装置においては、磁石と歯車の組み合わせが複数形成されているとよい。

本発明に係る光学装置においては、コイルへの通電方向及び通電量を変化させることで、磁石を往復して回動させることで入射光調節手段を変位させることが好ましい。

本発明に係る光学装置においては、入射光調節手段に接合され、磁石の回動により入射光調節手段に伝達された駆動力に抗するように弾性力を有する弾性部材を有し、コイルへの通電量を変化させることで、駆動力と弾性部材の復元力により、入射光調節手段を変位させることができる。

本発明に係る光学装置において、磁石の着磁方向がコイル内部の磁場の方向と同一にならないように、磁石の回転範囲を規制する規制部材を具備することが好ましい。

本発明に係る光学装置においては、入射光調節手段の変位を検出する検出手段を有し、コイルへの通電方向及び通電量を制御することで、入射光調節手段を所望の変位に設定及び保持するとよい。

本発明にかかる光学装置は、光軸に対して垂直方向に変位可能な入射光調節手段と、光軸に対して垂直方向に伸びる回転軸を有する駆動手段と、駆動手段からの駆動力を入射光調節手段に伝達する伝達手段と、を有し、駆動手段が、入射光調節手段に積層されていることから、アクチュエータとしての駆動力を確保しつつ、薄型化及び小径化が実現可能である、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる光学装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る光学装置は、本発明に虹彩絞りを適用したものである。
はじめに、図１及び図２を用いて第１の実施の形態に係る虹彩絞り（光学装置）の構成について説明する。ここで、図１は本実施の形態に係る虹彩絞りの構成を示す分解斜視図、図２は虹彩絞りの駆動源（アクチュエータ）の詳細図であって、磁石２０６及びその周辺の構成を図１のＡ方向から見た図である。尚、本実施の形態では説明を簡略化する様に、各々の構成要素が分離するのを防ぐ為の留め具等についての図示及び説明は省略している。また、各構成要素の構造についても簡略化して図示している。

まず、図１を用いて本実施の形態に係る虹彩絞りの構成について説明する。
図１に示す様に、虹彩絞りは、絞りユニット１００と、絞りユニット１００の外径内に収まり、且つ、絞りユニット１００に積層された状態で配置された、駆動ユニット２００と、を備える。すなわち、平面視円形の駆動ユニット２００の外径は、平面視円形の絞りユニット１００の外径よりも小さくなっている。なお、駆動ユニット及び絞りユニットの外形は円形以外の形状とすることができ、また、外径の大小関係は本実施の形態の関係に限定されずに任意に設定することができる。

絞りユニット１００（入射光調節手段）は、開口を持つ基板１０１と、ギア受け部１０３（歯車受け部）と、非磁性体からなるロータ１０２と、絞り羽根１０４と、を備える。基板１０１は、中心軸が光軸Ｌ上に配され、その内側には、中心軸から順に絞り羽根１０４、ギア受け部１０３、ロータ１０２が同心状に配置され、これにより中央に開口１０８が形成されている。

駆動ユニット２００（駆動手段）は、軸受け部２０１、磁性体からなるボビン２０２、ボビン２０２に巻線されたコイル２０３、軸受け部２０１とボビン２０２を連結する梁２０４、光軸Ｌに垂直な回転軸Ｃを有するシャフト２０５、並びに、シャフト２０５に接合された磁石２０６及びギア２０７（歯車）を備える。

ボビン２０２は、中心軸が光軸Ｌ上に配されたリング状をなし、その開口には軸受け部２０１が同心状に配置されている。軸受け部２０１とボビン２０２との間隔は、梁２０４によって規定されている。シャフト２０５、磁石２０６、及びギア２０７は、軸受け部２０１とボビン２０２との間に配置され、磁石２０６及びギア２０７は、シャフト２０５の回動に従って回転軸Ｃを中心にして回動する。

第１の実施の形態の虹彩絞りは、基板１０１の外周部１０１ａとボビン２０２を互いに接合した状態で使用される。この状態において、略円板状のギア２０７の周面２０７ａ（図２）とギア受け部１０３の上面１０３ａと互いに噛み合う構成となっている。

次に、図３〜図５を用いて、本実施の形態に係る虹彩絞りの動作について説明する。
初めに、図３及び図４を用いて絞りユニット１００の動作を説明する。ここで、図３は、絞り羽根１０４の回動による開口径（開口１０８の径）の変化を示す平面図であって、（ａ）は開口径が大きい状態を、（ｂ）は開口径が小さい状態を示す図である。図４は、絞り羽根１０４の構成を示す平面図である。なお、絞り羽根１０４の形状は図４に示す形状以外の形状とすることができる。

図３に示す様に、ロータ１０２は光軸Ｌを回転中心として回動可能に形成されている。また、図４に示す様に、絞り羽根１０４には、回転中心となる回転軸受け穴１０５と駆動軸穴１０６が形成されている。また、図示していないが、基板１０１には回転軸が、ロータ１０２には駆動軸がそれぞれ形成されており、絞り羽根１０４に形成された回転軸受け穴１０５と駆動軸穴１０６にそれぞれ嵌合されている。

このような構成としたことにより、基板１０１に対してロータ１０２を相対的に回転させると、絞り羽根１０４は回転軸受け穴１０５を回転中心として回動する。この動作により、開口径は回動方向及び回動量に応じて変化し、図３（ａ）及び（ｂ）に示す様に複数の絞り羽根群により形成される開口径を制御することが出来る。

次に、図５を用いて駆動ユニット２００の動作を説明する。ここで、図５は、図１において駆動ユニット２００をＡ方向から見た場合のコイル２０３と磁石２０６の関係を示した部分拡大図である。なお、図５においては、ボビン２０２及びコイル２０３の図示を省略している。

先述の様に、磁石２０６はシャフト２０５に接合されており、略中央部の回転軸Ｃを回転中心として回動可能に形成されている。図５（ａ）に示す様に、磁石２０６の初期状態を、着磁方向が図中上部をＳ極、下部をＮとし、且つ時計回りに傾いた状態において、コイル２０３に図中右方向の電流Ｉ１を印加した場合、磁石２０６には時計回りの回転力が生じ、上部のＳ極が下部へ、下部のＮ極が上部へ移動するまで回転する。また、図５（ｂ）に示す様に、磁石２０６の初期状態を、着磁方向が図中上部をＮ極、下部をＳとし、且つ反時計回りに傾いた状態において、コイル２０３に図中左方向の電流Ｉ２を印加した場合、磁石２０６には反時計回りの回転力が生じ、上部のＮ極が下部へ、下部のＳ極が上部へ移動するまで回転する。

また、シャフト２０５には、ギア２０７が接合されており、磁石２０６の回転に応じてシャフト２０５が回転すると、ギア２０７も回転軸Ｃを回転中心として回転をする。上述の様に、コイル２０３に流す電流を制御することで、磁石２０６に回転力を発生させると、この回転力がギア２０７及びギア受け部１０３を介して、ロータ１０２へ伝達される。ロータ１０２が光軸Ｌを回転中心として回動すると、絞り羽根１０４が駆動されるため、虹彩絞りの開口径を制御することが可能となる。
また、図示していないが、虹彩絞りの開口径を制御する際に、例えば、絞り羽根の変位量、ギヤや磁石の回転量を光や磁気センサ等の変位検出手段を設けても良く、前記コイルへの通電方向や通電量を制御し、絞りの開口径を所望の値となるよう設定、保持させるように制御しても良い。

尚、複数の梁２０４のうちの一部、又は、軸受け部２０１とボビン２０２の間であって梁２０４若しくはシャフト２０５を設けていない部分に、さらなるシャフト２０５を設け、駆動源を複数とすると、より安定した駆動が可能となるため好ましい。

また、磁石２０６の着磁方向とコイル２０３に流れる電流の方向が直角をなす場合、磁石２０６の回転方向は不定となる。そこで、磁石２０６の回転範囲を規制する為に、図２に示す様に、シャフト２０５の周面上に外方に突出する規制爪２０８(規制部材）を、軸受け部２０１の外周面上に外側へ突出する規制爪受け２０９(規制部材）を、それぞれ形成することが好ましい。規制爪２０８及び規制爪受け２０９を所望の位置に配置すると、規制爪２０８と規制爪受け２０９とが互いに当接することにより、シャフト２０５の回動を規制することが可能となって磁石２０６の回転方向を規制することができる。また、規制爪２０８及び規制爪受け２０９は、磁石２０６の着磁方向とコイル２０３に流れる電流の方向が直角をなさない様に配置することが望ましい。

さらにまた、規制爪２０８及び規制爪受け２０９で規制される磁石２０６の回転範囲は、絞り羽根１０４により規定される開口径において、最大開口径と最小開口径の範囲と略等しくすることが望ましい。

更には、磁石２０６の着磁方向とコイル２０３に流れる電流の方向が平行になる場合に於いて、絞り羽根１０４により規定される開口径において、略中央開口となるようにすることが望ましい。

本実施の形態の虹彩絞りは、磁石２０６から生じる磁場とコイル２０３から生じる磁場の相互作用により、磁石２０６に回転力を発生させる。また、磁石２０６の傾きや、コイル２０３に流す電流（各コイルから生じる磁場）は、絞り羽根１０４の回転動作（開口径の制御）が最適となる様に設定される。しかしながら、本構成要素以外の磁場（例えば地磁気や磁場を発生する装置からの磁場）が生じた場合、これらのバランスが崩れ、絞り羽根１０４が所望の回転動作を示さなくなる恐れがある。そこで、虹彩絞り装置を安定して駆動する為に、可変絞り装置を磁性体で覆うことが望ましい。

また、本実施の形態では、光学装置として虹彩絞りを例に用いて説明を行ったが、絞り羽根を開口が形成された１枚若しくは複数枚の絞り羽根に置き換えることによって、開口径を段階的に調整する差込式絞りとして用いることも、絞り羽根を光学レンズに置き換えることによって、光学レンズ脱着装置として用いることも、絞り羽根を光学フィルターに置き換えることによって、透過光量もしくは透過波長域を変える光学フィルター脱着装置として用いることも可能である。

以上のように構成したことにより、第１の実施の形態に係る虹彩絞りは次の効果を奏する。
（１）絞りユニット１００と駆動ユニット２００を光軸Ｌ方向に積層したため、入射光調節手段と駆動手段が同一平面内に並置されることがなくなり、これにより、光学装置の小径化を実現することができる。
（２）駆動ユニット２００のボビン２０２の外周にコイル２０３を巻回したため、光軸Ｌ方向に広がることなく十分な量のコイル２０３を巻くことが可能となることから、高い駆動力と薄型化を同時に実現することができる。

（第２の実施の形態）
図６を用いて第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態にかかる虹彩絞りは、第１の実施の形態と同様に、本発明の光学装置に虹彩絞りを適用した例である。なお、第１の実施の形態と同一の構成要素には、同一の付番し説明を省略する。

以下、第２の実施の形態の虹彩絞りの構成を説明する。
ここで、図６は第２の実施の形態の虹彩絞りの構成を示す分解斜視図である。

図６に示す様に、第２の実施の形態の虹彩絞りは、第１の実施の形態と同様の絞りユニット１００及び駆動ユニット２００に加えて、基板１０１とロータ１０２を連結する様に渦巻状のバネ３０７（弾性部材）が配置されている点に於いて、第１の実施の形態と異なる。具体的には、バネの一方の端部３０７ａが基板１０１の上面１０１ｂに固定されるとともに、他方の端部３０７ｂがロータ１０２の上面１０２ａに固定されている。なお、バネ３０７の端部３０７ａは、基板１０１に代えて、ロータ１０２の回転時に静止している任意の部材（例えばボビン２０２）に固定しておくことができる。

この様なバネ３０７（付勢手段）を配置することで、ロータ１０２には常に一方向に付勢された状態となる。つまり、虹彩絞りが最大開口、若しくは最小開口になる様に付勢された状態となる。この様な構成をとることで、第１の実施の形態に係る虹彩絞りによる効果に加えて、絞り羽根１０４の駆動状態が、磁石２０６の回転力と渦巻状のバネ３０７の復元力の釣り合いにより決定される為、外部からの力（例えば振動等の不確定要素）の影響を受けにくくなる。

また、渦巻状のバネ３０７により付勢される絞り羽根１０４の駆動方向（虹彩絞りの最大開口、若しくは最小開口）は、光学系や用いるアプリケーションにより望ましい方向に設定される。
なお、ロータ１０２を一方向に付勢することができれば、渦巻状のバネ３０７以外の付勢手段（例えば、コイルバネ、ゴム）を用いることもできる。
また、以上説明した光学装置をデジタルカメラ等の電子撮像装置のレンズ鏡筒に組み込むことも可能である。この場合、コイルは、鏡筒の外側に形成する構成も可能である。
さらに、例えば、図７に示すように、第１の実施の形態又は第２の実施の形態の虹彩絞りの絞りユニット１００と駆動ユニット２００を内包するように鏡筒４０１を設け、絞りユニットのコイル２０３を鏡筒４０１の外側（外周)に周回させるよう形成することも可能である。

以上のように、本発明にかかる光学装置は、従来の羽根駆動装置の小型化、軽量化に有用であり、撮像機能を備えた内視鏡、携帯電話、カメラその他の電子機器の小型化、軽量化に適している。

第１の実施の形態に係る虹彩絞りの構成を示す分解斜視図である。 第１の実施の形態に係る虹彩絞りの駆動源の部分拡大図であって、図１のＡ方向から見た図である。 第１の実施の形態に係る絞り羽根回動による開口径の変化を示す平面図であって、（ａ）は開口径が大きい状態を、（ｂ）は開口径が小さい状態を示す図である。 第１の実施の形態に係る絞り羽根の構成を示す平面図である。 図１において駆動ユニットをＡ方向から見た場合のコイルと磁石の関係を示した部分拡大図である。 第２の実施の形態に係る虹彩絞りの構成を示す分解斜視図である。 コイルを鏡筒の外側に形成した構成を示す図である。

符号の説明

１００ 絞りユニット（入射光調節手段）
１０１ 基板
１０２ ロータ
１０３ ギア受け部（歯車受け部）
１０４ 絞り羽根
１０５ 回転軸受け穴
１０６ 駆動軸穴
１０８ 開口
２００ 駆動ユニット（駆動手段）
２０１ 軸受け部
２０２ ボビン
２０３ コイル
２０４ 梁
２０５ シャフト
２０６ 磁石
２０７ ギア（歯車）
２０８ 規制爪（規制部材）
２０９ 規制爪受け
３０７ バネ（弾性部材）
Ｃ 回転軸
Ｉ１ 電流
Ｉ２ 電流
Ｌ 光軸

Claims (7)

1. 光軸に対して垂直方向に変位可能な入射光調節手段と、
   前記光軸に対して垂直方向に伸びる回転軸を有する駆動手段と、
   前記駆動手段からの駆動力を前記入射光調節手段に伝達する伝達手段と、を有し、
   前記駆動手段が、前記入射光調節手段に積層されていることを特徴とする光学装置。
2. 前記駆動手段は、前記回転軸を回転中心として回動可能に設けられた磁石と、前記磁石を内包するように形成されたコイルと、を有し、
   前記伝達手段は、前記磁石の回動に応じて回転する歯車と、前記歯車の駆動力を受ける歯車受け部と、を有し、
   前記歯車は、前記歯車受け部と噛み合って前記入射光調節手段の駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記磁石と前記歯車の組み合わせが複数形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記コイルへの通電方向及び通電量を変化させることで、前記磁石を往復して回動させることで前記入射光調節手段を変位させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光学装置。
5. 前記入射光調節手段に接合され、前記磁石の回動により前記入射光調節手段に伝達された駆動力に抗するように弾性力を有する弾性部材を有し、前記コイルへの通電量を変化させることで、前記駆動力と前記弾性部材の復元力により、前記入射光調節手段を変位させることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の光学装置。
6. 前記磁石の着磁方向が前記コイル内部の磁場の方向と同一にならないように、前記磁石の回転範囲を規制する規制部材を具備したことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の光学装置。
7. 前記入射光調節手段の変位を検出する検出手段を有し、前記コイルへの通電方向及び通電量を制御することで、前記入射光調節手段を所望の変位に設定及び保持することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の光学装置。

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